Detectivewerk in de windtunnel

Kentaro Zens is de engineer die verantwoordelijk is voor de aerodynamica en aero-akoestiek van de Audi RS e-tron GT. "Op de weg doorklieft de auto de lucht. Hier in de windtunnel is het precies andersom: de auto staat stil en wij geleiden de lucht er zo gelijkmatig mogelijk omheen. Wij doen veel moeite voor een perfecte stroomlijn. Alleen als de luchtstroom zich accuraat rond de auto gedraagt, verkrijgen wij betrouwbare meetresultaten waar we verder mee kunnen werken."

Zens zit op zijn werkplek bij het controlepaneel waarmee de operators de windtunnel bedienen. Hij kan alle relevante data op de beeldschermen zien: wat is de cW-waarde, hoe groot zijn de opwaartse krachten aan de voor- en achterkant en bij welke wind- en bandsnelheid?

Naast hem staat Thomas Redenbach, hoofd Ontwikkeling aerodynamica & aero-akoestiek - voertuigprojecten: "Toen dit aerodynamicacentrum werd geopend was dit de eerste automotive windtunnel ter wereld waar een realistische bodemsimulatie samenvalt met een extreem stille aero-akoestische functionaliteit."

Tegenwoordig is de windtunnel zes dagen per week in tweeploegendienst van 07.00 tot 22.30 uur in gebruik. Ten tijde van de vrij recente introductie van de WLTP-meetmethode voor verbruik en emissies werd de capaciteit volledig benut. Moni Islam: "Dit is een complexe windtunnel om te bedienen en om te gebruiken. De medewerkers die daar sinds jaar en dag verantwoordelijk voor zijn zorgden ervoor dat wij engineers 23 uur per dag hier terecht konden. Dat was belangrijk, want deel van de WLTP-certificering omhelst het aanleveren van windtunneldata bij de wetgever."

Toch spelen computersimulaties ook in de wereld van de aerodynamica een steeds grotere rol. CFD-simulatie (Computational Fluid Dynamics, numerieke stromingsmechanica) genereert een rekenkundig model en maakt analyse en visualisatie van de stroming mogelijk. Waarom dan nog het complexe en dure werk in de windtunnel? Thomas Redenbach: "De windtunnel is ons dagelijks gereedschap, ook om de resultaten uit de simulatie van een grondslag te voorzien. Wij willen de simulaties steeds verder ontwikkelen. Om ze geldig en representatief te maken, moeten we de berekeningen controleren."

Maar de simulaties via de computer worden steeds beter en belangrijker. Kentaro Zens: "Bij de Audi RS e-tron GT hebben wij buitengewoon veel gesimuleerd, meer dan negen miljoen CPU-uur. En ik had de auto 150 uur in de windtunnel. Dat is zeer weinig. Ter vergelijking: bij de Audi R8 was het 600 uur." Dit wijst niet alleen op de kwaliteit van het Audi RS e-tron GT-design, maar betekent ook dat het ontwikkelingsproces aanzienlijk korter was. Daarom wil Audi deze methode ook bij toekomstige modellen volgen.

Moni Islam voegt toe: "De windtunnel en CFD zijn voor ons twee aanvullende gereedschappen. De windtunnel zorgt snel voor uiterst nauwkeurige resultaten, waardoor we binnen het dynamische ontwikkelingsproces zeer efficiënt kunnen werken. De simulatie levert een ongelooflijke hoeveelheid gegevens op, maar vereist veel voorbereiding en een grondige analyse van de uitkomsten. Met slechts één van deze twee gereedschappen was de moderne aerodynamica-ontwikkeling niet mogelijk."

Veel elektrische auto's zijn van begin af aan afgestemd op een gunstige stroomlijn. Daarom heeft de Audi RS e-tron GT bijvoorbeeld een dichte bodem. Op de schouders van de 31 medewerkers van de aerodynamica-afdeling van Moni Islam rust een grote verantwoordelijkheid, beseft de manager. "Elke maatregel die de luchtweerstandscoëfficiënt verlaagt, vergroot de actieradius van de auto", aldus Islam.

De stroomlijndeskundigen spotten de mogelijkheden tot verfijning in de resultaten van de simulatietests. Dan gaan ze op de vierkante millimeter aan de slag: als we hier de geometrie nou eens een heel klein beetje veranderen, hoe vloeit dan de lucht erlangs? Islam verwoordt het zo: "Aerodynamica is ook uiterst nauwkeurig detectivewerk. Lucht is nou eenmaal onzichtbaar. Met logisch beredeneren moet je tot de kern van het probleem doordringen. Daarvoor analyseren we de datasets uit de weeginstallatie in de windtunnel."

De engineers gebruiken ook diverse aanbouwdelen die volgens de rapid-prototyping-methode worden gefabriceerd. Eerst worden CAD-ontwerpen gemaakt om de vorm van de onderdelen te bepalen, bijvoorbeeld van een luchtinlaat in de voorbumper. De afdeling Modelmanagement maakt dan alle gewenste varianten, die vervolgens op de auto worden getest. De metingen leveren gegevens op over de downforce (neerwaartse druk) en lift (opwaartse druk). Deze data worden vergeleken met de overeenkomende CFD-simulaties.

"Tachtig procent van de aerodynamica is in twintig procent van de tijd voor elkaar te krijgen. Maar voor die laatste twintig procent hebben we enorm veel tijd nodig. Dan verfijnen we de stroomlijn in ontelbare kleine stappen", licht Thomas Redenbach het detectivewerk in de windtunnel toe. "Alleen met deze toewijding en oog voor detail komen we tot de allerbeste resultaten."

Wat vonden de aerodynamicaspecialisten het moeilijkste detail van de Audi RS e-tron GT? Kentaro Zens denkt even na. "De voorspoiler met vier met elkaar verbonden openingen. De lucht stroomt naar binnen, de lamellen sluiten en dan beginnen de problemen. De lucht kan overal heen en dat wil je niet. Op die plekken de luchtstroming beheersen en finetunen was belangrijk. Dat was teamwork in optima forma, want de collega's van veiligheid, constructie, productie en montage moesten allemaal met mij op één lijn zitten."

Zens wijst ook op het ontwerp van de air curtains in samenhang met de wielkasten: "Hierover overlegden we wekelijks met de Audi-ontwerpers. Het resultaat is een optimale aerodynamische overgang van de voorkant naar de flanken met de air curtains. En het mooie is: dit resultaat past ook heel goed in het totaalplaatje. Alles oogt coherent. Alles aan de Audi RS e-tron GT heeft een functie en een doel. Dat noem ik authentieke functionaliteit en daarin vind ik deze auto zeer geslaagd."